Modulación de la neurogénesis adulta y la regeneración neuronal por el sistema cannabinoide en el telencéfalo de Danio rerio (pez cebra)

Abstract

El sistema endocannabinoide regula la actividad neuronal y la plasticidad sináptica en vertebrados, desempeñando un papel clave en el control de circuitos y procesos adaptativos. En el pez cebra (Danio rerio), el pallium interviene en funciones cognitivas como memoria, aprendizaje y comportamiento emocional. Esta región expresa receptores cannabinoides y mantiene una continua remodelación neuronal mediante neurogénesis adulta, característica que lo convierte en un modelo valioso para explorar la modulación endógena de los procesos neurobiológicos. Sin embargo, los mecanismos específicos por los cuales el sistema endocannabinoide actúa en estas funciones en especies no mamíferas permanecen poco explorados. En este contexto, el presente trabajo evaluó el papel del receptor cannabinoide tipo 1 (CB1) en la modulación de la actividad sináptica y la neurogénesis en circuitos palliales, buscando aportar evidencia sobre su función en el telencéfalo del pez cebra adulto. Mediante técnicas de inmunofluorescencia y análisis transcriptómico a nivel unicelular, se mapeó la expresión de CB1 en el pallium, observándose una distribución dispersa en las regiones dorsomedial (Dm) y dorsolateral (Dl), predominantemente en neuronas glutamatérgicas, aunque también en poblaciones gabaérgicas y progenitores neuronales en menor proporción. Los estudios electrofisiológicos demostraron que la aplicación aguda de rimonabant, un antagonista selectivo de CB1, redujo la frecuencia de las corrientes sinápticas excitatorias espontáneas (sEPSCs) en neuronas de Dm, sin afectar otros parámetros fisiológicos, lo que sugiere un papel tónico del receptor en la modulación de la transmisión excitatoria. De manera consistente, la exposición sostenida a rimonabant (13 días) disminuyó significativamente la fosforilación de ERK, un marcador asociado a la actividad neuronal, reforzando el papel de CB1 en el mantenimiento de la actividad basal en redes palliales. Por otro lado, se examinó la influencia de la señalización cannabinoide en la neurogénesis adulta, analizando tanto la proliferación de células madre neurales (NSCs) como la maduración de las neuronas nacidas en la adultez. Para ello, se realizaron tratamientos agudos y crónicos con extracto fitocannabinoide, una preparación bioactiva capaz de modular este sistema a través de múltiples dianas moleculares. La exposición aguda generó una disminución significativa en la proliferación de NSCs en la región Dm anterior. En contraste, la administración sostenida de fitocannabinoides durante la fase crítica de maduración neuronal (12–24 días tras el marcaje con BrdU) promovió un aumento significativo en el número de neuronas jóvenes (BrdU+, HuC/D+) en Dm y Dl, efecto que fue revertido tras la exposición al antagonista de CB1, rimonabant. Estos resultados indican que la señalización cannabinoide desempeña un papel clave no solo en la modulación de la actividad sináptica, sino también en la integración de las neuronas nacidas en la adultez en circuitos palliales funcionales. Así, se destaca la conservación evolutiva de los mecanismos endocannabinoides que regulan la neurogénesis a lo largo de los vertebrados, sugiriendo que estos procesos cumplen funciones adaptativas en el mantenimiento de la plasticidad y la homeostasis cerebral. Finalmente, los hallazgos aquí presentados abren nuevas perspectivas para explorar el potencial del sistema endocannabinoide como modulador neuroregenerativo en contextos biomédicos, aportando evidencia relevante para comprender su papel en la salud cerebral y en el diseño de futuras estrategias terapéuticas.

The endocannabinoid system regulates neuronal activity and synaptic plasticity in vertebrates, playing a key role in the control of circuits and adaptive processes. In zebrafish (Danio rerio), the pallium is involved in cognitive functions such as memory, learning, and emotional behavior. This region expresses cannabinoid receptors and undergoes continuous neuronal remodeling through adult neurogenesis, making it a valuable model for exploring the endogenous modulation of neurobiological processes. However, the specific mechanisms by which the endocannabinoid system operates in these functions in non-mammalian species remain largely unexplored. In this context, the present study evaluated the role of cannabinoid receptor type 1 (CB1) in modulating synaptic activity and neurogenesis in pallial circuits, providing evidence of its function in the adult zebrafish telencephalon. Through immunofluorescence techniques and single-cell transcriptomic analysis, CB1 expression was mapped in the pallium, revealing a scattered distribution in the dorsomedial (Dm) and dorsolateral (Dl) regions, predominantly in glutamatergic neurons, although also present in smaller proportions in GABAergic populations and neuronal progenitors. Electrophysiological studies showed that acute application of rimonabant, a selective CB1 antagonist, reduced the frequency of spontaneous excitatory synaptic currents (sEPSCs) in Dm neurons without affecting other physiological parameters, suggesting a tonic role of the receptor in modulating excitatory transmission. Consistently, sustained exposure to rimonabant (13 days) significantly reduced ERK phosphorylation, a marker associated with neuronal activity, reinforcing the role of CB1 in maintaining basal activity in pallial networks. In parallel, the influence of cannabinoid signaling on adult neurogenesis was examined by analyzing both the proliferation of neural stem cells (NSCs) and the maturation of adultborn neurons. For this purpose, acute and chronic treatments with phytocannabinoid extract, a bioactive preparation capable of modulating the system through multiple molecular targets, were administered. Acute exposure led to a significant decrease in NSC proliferation in the anterior Dm region. In contrast, sustained administration of phytocannabinoids during the critical phase of neuronal maturation (12–24 days after BrdU labeling) promoted a significant increase in the number of young neurons (BrdU+, HuC/D+) in Dm and Dl, an effect that was reversed by the CB1 antagonist rimonabant. These results indicate that cannabinoid signaling plays a key role not only in the modulation of synaptic activity but also in the integration of adult-born neurons into functional pallial circuits. This highlights the evolutionary conservation of endocannabinoid mechanisms regulating neurogenesis across vertebrates, suggesting that these processes fulfill adaptive functions in maintaining brain plasticity and homeostasis. Overall, the findings presented open new perspectives for exploring the potential of the endocannabinoid system as a neuroregenerative modulator in biomedical contexts, providing relevant evidence for understanding its role in brain health and its possible applications in future therapeutic strategies.